1. Яка кількість теплоти звільниться під час конденсації 50 г водяної пари при 1000 градусах Цельсія і охолодженні

Barsik_6648

4

Очень рад помочь вам с этими задачами! Давайте решим их по порядку.

Задача 1:

Для нахождения количества теплоты, выделяющегося при конденсации водяной пара, мы будем использовать формулу:

\[Q = m \cdot c \cdot \Delta T\]

где:
\(Q\) - количество теплоты,
\(m\) - масса вещества,
\(c\) - удельная теплоемкость вещества,
\(\Delta T\) - изменение температуры.

Нам необходимо вычислить теплоту, которая высвободится при конденсации 50 г водяного пара при 1000°C и охлаждении образовавшегося пара до 500°C.

Первым делом, мы найдем количество теплоты, высвободившееся при конденсации пара при 1000°C. Для этого нам понадобится удельная теплоемкость испарения воды.

Удельная теплоемкость испарения воды \(L\) равняется 2260 кДж/кг (килоджоуль на килограмм), так что мы можем использовать эту величину для вычисления количества теплоты.

\[Q_1 = m \cdot L = 50 \, \text{г} \cdot 2260 \, \text{кДж/кг} = 113 \, \text{кДж}\]

Затем нам нужно найти количество теплоты, необходимое для охлаждения образовавшегося пара до 500°C. Для этого мы будем использовать удельную теплоемкость водяного пара при постоянном давлении.

Удельная теплоемкость водяного пара \(c\) при постоянном давлении равна 2,0 кДж/(кг·°C), и величина, на которую мы будем охлаждать пар, составляет 1000-500 = 500°C.

\[Q_2 = m \cdot c \cdot \Delta T = 50 \, \text{г} \cdot 2,0 \, \text{кДж/(кг·°C)} \cdot 500 \, \text{°C} = 50 \, \text{кДж}\]

Теперь мы можем найти общее количество теплоты, выделяющееся при данном процессе.

\[Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2 = 113 \, \text{кДж} + 50 \, \text{кДж} = 163 \, \text{кДж}\]

Итак, количество теплоты, выделяющееся при конденсации 50 г водяного пара при 1000°C и охлаждении образовавшегося пара до 500°C, составляет 163 кДж.

Задача 2:

Для нахождения количества газа, необходимого для сжигания льда при определенных условиях, мы также будем использовать формулу:

\[Q = m \cdot c \cdot \Delta T\]

где:
\(Q\) - количество теплоты,
\(m\) - масса вещества,
\(c\) - удельная теплоемкость вещества,
\(\Delta T\) - изменение температуры.

В этой задаче нам необходимо найти количество газа, необходимое для конвертирования 1,5 кг льда с температурой -100°C в воду при 300°C. Мы должны также учесть коэффициент полезного действия устройства.

Сначала мы найдем количество теплоты, которое необходимо для нагревания льда до 0°C. Удельная теплоемкость плавления льда \(L\) составляет 333 кДж/кг.

\[Q_1 = m \cdot L = 1,5 \, \text{кг} \cdot 333 \, \text{кДж/кг} = 499,5 \, \text{кДж}\]

Затем мы найдем количество теплоты, необходимое для нагревания воды от 0°C до 100°C. Удельная теплоемкость воды \(c\) составляет 4,186 кДж/(кг·°C).

\[
Q_2 = m \cdot c \cdot \Delta T = 1,5 \, \text{кг} \cdot 4,186 \, \text{кДж/(кг·°C)} \cdot 100 \, \text{°C} = 627,9 \, \text{кДж}
\]

Теперь мы можем вычислить общее количество теплоты для превращения льда в воду при заданных условиях.

\[Q_{\text{общ}} = Q_1 + Q_2 = 499,5 \, \text{кДж} + 627,9 \, \text{кДж} = 1127,4 \, \text{кДж}\]

Теперь мы обратимся к коэффициенту полезного действия устройства, который составляет 30%.

Чтобы найти требуемое количество газа, мы разделим общее количество теплоты на коэффициент полезного действия.

\[Q_{\text{нужное}} = \frac{Q_{\text{общ}}}{K_{\text{полезн.}}} = \frac{1127,4 \, \text{кДж}}{0,3} = 3758 \, \text{кДж}\]

Таким образом, количество газа, необходимое для сжигания 1,5 кг льда с температурой -100°C и превращения его в воду при 300°C при кПД 30%, составляет 3758 кДж.

Задача 3:

Молекулярно-коллективную теорию можно использовать для объяснения того, почему при процессе испарения не происходит повышение температуры.

Когда мы говорим о процессе испарения, мы имеем дело с молекулами вещества, которые находятся в жидком состоянии. При возрастании температуры энергия молекул увеличивается, и некоторые из них приобретают достаточно энергии для преодоления сил взаимодействия и перехода в парообразное состояние. При этом энергия усредняется по всему объему жидкости, и температура остается постоянной.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет это явление следующим образом: при испарении твердые или жидкие молекулы приобретают достаточную энергию, чтобы покинуть поверхность вещества и перейти в парообразное состояние. В этом процессе некоторая энергия ядерной связи между молекулами теряется.

То есть, когда молекулы покидают жидкое состояние, они уносят с собой энергию связи, что приводит к охлаждению оставшейся жидкости. Как только энергия исходит из жидкости, ее температура остается постоянной.

Таким образом, процесс испарения не приводит к повышению температуры, поскольку энергия уходит вместе с испаряющимися молекулами, и оставшаяся жидкость охлаждается